المحتويات
1. لماذا لا تُصعقُ الطيورُ بالكهرباء عندما تقفُ على الأسلاك الكهربائيّة؟
2. ما هي الطاقة الكهربائيّة الساكنة؟
3. ما هي الكهرباء المتحركة؟
1.لماذا لا تُصعقُ الطيورُ بالكهرباء عندما
تقفُ على الأسلاك الكهربائيّة؟
المعروف لدينا جميعا بأن لمسَ الإنسان للأسلاك الكهربائية دون عازل يتسبب في حصول صعقٍ كهربائي، ولكن يبقى السؤال المحيرٌ لدينا هو لماذا لا تصعقُ الطيور الواقفة على الخطوط الكهربائية بالكهرباء كما هو الحال بالنسبة للإنسان؟
هذا السؤال يتبادر الى اذهاننا عندما نرى الطيور واقفة على الاسلاك الكهربائية كما هي موضحة في الشكل رقم 30، وكما ذكرت سابقا في مقدمة الكتاب بأنّ هذا السّؤال هو الدافع الأساسي الذي جعلني أفكّر في كتابة هذا الكتاب، ذلك أنّني سُئلت هذا السّؤال في بداية حياتي العملية ولم أستطعْ الإجابة عليه؛ لذلك تعمّدت وضع هذا السؤال في هذا الفصل والإجابة عليه.
في الواقع عندما نشاهد الطيورَ واقفة على الخطوط الكهربائية، ليس معنى هذا أنّ كافة الطيور لا يحصل لها صعقٌ كهربائي، الذي نشاهده هي عادة تلك الطيور التي لا تتوفر الشروط التي تجعل من أجسامها ناقلةً للتيار الكهربائي. هناك الكثيرُ من الطيور التي يحدث لها صعقٌ كهربائي، ولكن لا نراها نتيجة لعدم رؤيتنا لها وقت صعقِها على الشبكات الكهربائية التي حولنا، او نتيجة لحدوثها على الشبكات الكهربائية المترامية الأطراف في مناطق أخرى. لذلك سيتم لإجابة على هذا السّؤال من خلال التوضيحات التالية:
تمهيدا لفهم حدوث الصعق الكهربائي من عدمه
مسلّمات: – الإنسان والحيوان وكذلك حتى الطيور جميعهم معرّضون للصّعق الكهربائي في الحالات التي تتوفر فيها الشّروط، التي سيتم توضيحها أدناه، والتي تجعل أجسامهم ناقلة للتيار الكهربائي.
معلومات: – هناك معلومات عن الشّبكات الكهربائية يتطلّب منا أنْ نعرفَها: –
الشبكات الكهربائية مكوّنة من خطوط نقل وخطوط توزيع وتزويد يتم من خلالها نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية بمستويات جهود كهربائية مختلفة، منها جهدٌ عالٍ وجهدٌ متوسطٌ وجهد منخفض.
الخطوطُ الكهربائية بمختلف مستويات جهودُها عادة ما تكون مُثبّتة إمّا على أبراجٍ معدنية أو على أعمدة خشبية أو على أعمدة معدنية أو على أعمدة اسمنتية.
الخطوط الكهربائية التي نراها مثبّتةً على الأبراج أو الأعمدة الكهربائية عادة تنقسم إلى ثلاثة أنواع: –
خطوطٌ حيّة، وتسمّى أيضًا الخطوط الساخنة، وهي الخطوطُ الحاملة للطاقة الكهربائية ويكون مستوى الجهد فيها على حسب مستوى الطاقة الكهربائية الناقلة لها.
خطوطٌ محايدة، وتسمّى أيضًا الخطوط الباردة، ويكون مستوى الجهدِ فيها صفرًا في الحالات العاديّة.
خطوط الأرضي، وهي الخطوط التي عادة يمر فيها التيار الكهربائي إلى الأرض مباشرة عند حدوث أعطال كهربائية أو صعقٍ كهربائي لتقليل الضّرر.
بالإضافة إلى الخطوط الكهربائية، توجدُ هناك مكونات أخرى للشّبكات الكهربائيّة مثل أجهزةِ التحكم والحماية وغيرها من الأجهزة الأخرى، منها ما هو مثبّتٌ داخل محطّات تحويل الكهرباء ومنها ما هو مثبّتٌ على الأبراج أو الأعمدة الكهربائية
حقائق: – التيّارُ الكهربائي يختار دائما الطريق الأسهل، بمعنى انّ التيّار الكهربائي يمرّ دائمًا عبر الأسلاك او الموادّ الأقل مقاومةً، بمفهوم آخر يمرّ من خلال الموادّ الموصّلة جيدًا للكهرباء مثل النحاس والألمنيوم وبعض المعادن الأخرى.
شروط انتقال التيار في الدائرة الكهربائية: – لكيْ ينتقلَ التيارُ في الدائرة الكهربائية، لا بدّ من توفر الشرطين التاليين: –
-
أنْ تكونَ الدائرة الكهربائية مغلقةً: – من المعروف أنّ التيّار الكهربائي مصدره حركة الإلكترونات (الطاقة الكهربائية) في الاسلاك او الموصلات الكهربائية.
لكي يتم الاستفادة من الطاقة الكهربائية في تشغيل الأجهزة الكهربائية عند توصيلها بمصدر التيار الكهربائي لا بد من التأكد من ان الدائرة الكهربائية تكون مغلقة وذلك بغلق او فتح الدّائرةِ الكهربائية من خلال المفتاح الكهربائي.
على سبيل المثال: – المصباحُ الكهربائي، يكون غير مضاء عندما تكون الدائرة الكهربائيّة مفتوحةً، ولكنه يكون مضاء عندما يتمّ غلق الدائرة الكهربائيّة بواسطة المفتاح الكهربائي.
اذن الشّرطُ الأول لانتقال التيّار الكهربائي من خلال اي جسم (الإنسان، الحيوان، الطائر) هو عندما يصبح هذا الجسم مكوّنًا من مكونات الدائرة الكهربائية في تلك الشّبكة الكهربائيّة.
-
وجود اختلاف في مستوى الجُهد الكهربائي: – كذلك لكي ينتقلَ التيّار الكهربائي من خلال الدائرة الكهربائية، يتطلب وجود فرق في مستوى الجهد الكهربائي، بمعنى أنْ يكون وجود مستوى جهد مرتفع في أحد مكوّنات الشبكة ومستوى جهد منخفض في المكوّن الآخر.
على سبيل المثال هناك فرق في مستوى الجهد بين القطب الموجب للبطارية (+12 فولت) والقطب السالب للبطارية (– 12 فولت)، لذلك يتم انتقال التيار الكهربائي بين قطبي البطارية عندما يتم توصيلهما بجهاز يعمل بطاقة كهرباء السيارة. كذلك هو الحال بالنسبة لخطوط ومكونات الشبكة الكهربائية يكون فرق جهد بينهم، مثل فرق مستوى الجهد بين خط كهرباء جهد 33 كيلوفولت وخط اخر جهد 11 كيلوفولت او 415 فولت. او أي مكون من مكونات الشبكة الكهربائية تكون فيها مستويات الجهد مختلفة.
اذن الشّرطُ الثاني لانتقال التيّار الكهربائي من خلال اي جسم (الإنسان، الحيوان، الطائر) هو عندما يصبح هذا الجسم ملامسا لمكونين مختلفين من مكونات الدائرة الكهربائية مستوى الجهد مختلف بينهما.
لذلك، هذان الشرطان أساسيّان لحدوثهما معا لحصول صّعق كهربائي عند ملامسةِ أي جسم للخطوط الكهربائيّة.
الحالات التي عادة نراها ولا يحدثُ فيها صعقٌ كهربائي للطيور
عندما تقفُ على الخطوط الكهربائيّةً
سبب مشاهدة الطيور وهي واقفة على الخطوط الكهربائية دون حدوث صعق كهربائي لها هو عدم توفر الشرطان الاساسيان معا التي تم ذكرها وهما عندما تصبح اجسامها مكونة لدائرة مغلقة مع إحدى مكونات الشبكة الكهربائية مع اختلاف مستوى الجهد فيها في تفس الوقت. لذلك، عادة لا يتوفران هذان الشرطان في الحالات التالية: –
-
عندما تقفُ الطيور على الخط الكهربائي الواحد، مع عدم ملامسةِ أجنحتها أو مناقيرها لخطٍ كهربائي آخر او أيّ جسم آخر متصل بالشبكة الكهربائيّة، معنى هذا أنّ شرط اكتمالِ غلق الدائرة غير متوفّر، وبالتالي لا يحدث صعقٌ كهربائي.
-
عندما تقفُ الطيور على الخطّ الكهربائي الواحد، عادة يكون هذا الخط حاملًا لمستوى جهد كهربائي واحد، بمعنى لا يوجدُ شرط اختلاف في مستوى الجهد، وبالتالي لا يحدث صعقٌ كهربائي.
-
في بعض الحالات قد تكون الاسلاك التي تقف عليها الطيور من النوع المعزول، بمعنى مغلفة بمادة عازلة خاصة في بعض أنواع اسلاك الجهد المنخفض، لذلك لا يحدث صعق كهربائي.
هذه هي الحالات التي لا يحدث فيها صعقٌ كهربائي للطيور عندما تقف على الخطوط الكهربائية.
الحالات التي عادة نادرا لا نراها ولكن يحدث فيها صعقٌ كهربائي
للطيور عندما تقف على الخطوط الكهربائيّة
هناك كثيرُ من الحالات التي تصعق فيها الطيور، ولكن لا نراها نتيجة لعدم رؤيتنا لها وقت صعقِها على الشبكات الكهربائية؛ الحالات التي تجعل الطيور في بعض الأحيان مُعرضةً لحصول صعق كهربائي: –
-
عندما يقفُ الطائر على أحد الخطوط الكهربائية، وبسبب طبيعة حركته لامس أحدُ جناحيه او منقارُه خطًا كهربائيًا او جسما آخر مستوى الجهد الكهربائي فيه مختلفًا عن مستوى جهد الخطّ الذي يقف عليه، في هذه الحالة توفّر شرط دائرة مغلقةٍ وشرط اختلاف مستوى الجهد، لذلك يحصل صعقٌ كهربائي للطائر.
-
عندما يكون الطائر في حالة طيران أو عند محاولته الوقوف على أحد مكوّنات الشبكة الكهربائية او أثناء حركته، وتسبّبت جناحاه أو رجلاه ومنقاره في حدوث دائرةٍ مغلقةٍ مع مكوّنات الشبكة الكهربائية ذات جهد مختلف، في هذه الحالة توفّر شرط دائرة مغلقة وشرط اختلاف مستوى الجهد، لذلك يحصل صعقٌ كهربائي للطائر.
خلاصةُ أسباب حصول صعقٍ كهربائي للطّيور من عدمه
مما تم تقديمه في سياق أسباب حصول صعقٍ كهربائي من عدمه، نستنتج الآتي:
♦الإنسان والحيوان وكذلك حتى الطيور جميعهم معرّضون للصّعق الكهربائي عند ملامسة أجسامهم للخطوط الكهربائية، وذلك عندما تصبح أجسامهم ناقلةً للتيار الكهربائي بسبب حدوث شرطين أساسيين معا في الوقت نفسه. هذان الشرطان هما: –
-
تكوين الأجسام لدائرة مغلقةٍ بين الخط الكهربائي الذي تقف عليه وبين خطٍ آخرَ او أيّ جزء من مكوّنات الشّبكة الكهربائية.
-
كذلك لا ينتقل التيّار الكهربائي في الدائرة المغلقة التي حصلت نتيجة لملامسة الأجسام للخطوط الكهربائية الّا عندما يكون هناك اختلافٌ في مستوى الجهد بين الخط الكهربائي الذي تقف عليه وبين خطٍ آخر او أيّ جزء من مكونات الشبكة الكهربائية.
♦جسم الطائر وطبيعة حركته وملامسته للشبكات الكهربائية مختلفة عن طبيعة حجم الانسان وطبيعة حركته وتعامله مع الشبكات الكهربائية، لذلك الإنسان أكثر عُرضة للصّعق الكهربائي إذا لم يستخدم مواد او ملابس عازلة عند ملامسته للخطوط الكهربائية.
الشكل يوضح حالة حدوث صعق كهربائي للخفاش عندما لامس جسمه خطي كهرباء مستوى الجهد بينهما مختلف.
2.ما هي الطاقة الكهربائيّة الساكنة؟
هي الطاقة الكهربائيّة التي نشعر بها ونلاحظها عند حدوثها ولكن لا نستخدمها في حياتنا اليومية إلا في بعض التطبيقات المحدودة. الطاقة الكهربائيّة الساكنة هي ما نلاحظه عند: –
-
حدوث البرق او الصواعق. (كما في الصورة)
-
حدوث الشرارة نتيجة للاحتكاك بين جسم الإنسان وبعض مقابض الأبواب.
-
حدوث التصاق بعض أنواع الملابس بالجسم عند لبسها.
-
حدوث التصاق الشعر بالمشط عند مشطه في بعض الأحيان.
-
وغيرها من الملاحظات.
هذه الظواهر التي نشاهدها تحدث نتيجة لاحتكاك جسمين، حيث تنتقل الإلكترونات (الشحنة السالبة) من الذرّات المكونة لجسم معيّن إلى ذرّات أخرى مكونة لجسم آخر.
سبب انتقال الإلكترونات: – فهمنا من التركيب الذرّي للمادة أنّ الذرة في وضعها الطبيعي يكون عدد البروتونات (الشحنة الموجبة) يساوي عدد الإلكترونات (الشحنة السالبة) وإنّ الإلكترونات تكون أكثر عرضة للانتقال من ذرة إلى أخرى كونها تدور في المحيط الخارجي للذرّة. وعندما يحدث الاحتكاك بين جسمين تنتج عنه عملية فقد واكتساب للإلكترونات بين الذرّات وبالتالي تفقد الذرّة وضعها الطبيعي. فالذرّات التي اكتسبت الإلكترونات تصبح مشحونة شحنة سالبة والذرّات التي فقدت الإلكترونات تطغى عليها الشحنة الموجبة.
توليد الطاقة الكهربائيّة الساكنة: – عند انتقال الإلكترونات بين الذرّات بالفقد والاكتساب ينتج عنها تجمّع الشحنات على الجسم المكون من الذرّات وتبقى متجمّعة وساكنة. وعملية تجمّع الشحنات وسكونها على الجسم تسمّى بالكهرباء الساكنة، وسمّيت بالساكنة لأنها تبقى ساكنة على حالتها حتى يحدث اللمس بين جسمين.
الإحساس بالطاقة الكهربائيّة الساكنة: – عندما يحدث اللمس بين جسمين يتمّ التجاذب بين الشحنات المتجمّعة وينتج عنه سريان الشحنات الكهربائية من الجسم الذي لديه شحنات عالية إلى الجسم الذي لديه شحنات منخفضة، تحدث شرارة كهربائية نشعر بها. وهو ما نلاحظه عند حدوث الصواعق وغيرها من الظواهر التي ذكرناها.
استخدامات الطاقة الكهربائيّة الساكنة: – يقتصر استخدامات الكهرباء على بعض الاستخدامات المحدودة مثل آلات التصوير، عملية طلاء السيارات، عملية تنقية الهواء من الجزيئات الملوّثة، وغيرها من التطبيقات المحدودة. أما الطاقة الكهربائيّة الأكثر استخدامًا في حياتنا اليوميّة فهي الطاقة الكهربائيّة المتحركة.
3.ما هي الكهرباء المتحركة؟
هي الطاقة الكهربائية الأكثر شيوعًا وهي ما نستخدمها في كافة مناشط حياتنا؛ مثل الاستخدامات المنزليّة والتجاريّة والصناعيّة والزراعيّة وغيرها، وهي عادة ما يتم استخدامها مباشرة من مصدرها او بواسطة موصّلات (أسلاك).
تحدث الطاقة الكهربائيّة نتيجة لتحرك سيل من الإلكترونات (الشحنات السالبة) عبر الموصّل (السلك) عندما تتعرض إلى قوة كهربائيّة (الطريقة التي يتمّ بها توليد الطاقة الكهربائيّة كما سيأتي توضيحها) مما يسبب سريان هذه الإلكترونات على شكل تيّار يسمّى بالتيّار الكهربائي. ويعرف التيّار الكهربائي بأنه معدّل تدفق الإلكترونات في جسم الموصّل الكهربائي.
التيّار الكهربائي هو تدفّق الشحنات الكهربائيّة عبر الموصّلات الناقلة للطاقة الكهربائيّة الناتجة عن الطرق التي يتمّ بها توليد الطاقة الكهربائيّة المتحركة. طرق توليد الطاقة الكهربائية المتحركة مثل المولدات الكهربائيّة والبطاريات والخلايا الشمسية وخلايا وقود الهيدروجين. وهناك نوعان من التيّار الكهربائي وهما التيّار الكهربائي المستمر والتيّار الكهربائي المتردّد: –
-
التيّار الكهربائي المستمر: – ويعرف أيضًا بالتيّار المباشر، وهو عبارة عن تدفّق ثابت للإلكترونات من القطب السالب إلى القطب الموجب وهو ثابت الشدة ويسري في اتجاه واحد فقط، وهو التيّار الذي نستخدمه عند استعمالنا البطاريات بشتى أنواعها مثل بطارية السيارة وغيرها، ويرمز له بالرمز ((DC وهو اختصار للمصطلح الإنجليزي (Direct Current).
-
التيّار الكهربائي المتردّد: – ويعرف أيضًا بالتيّار غير المباشر، وهو عبارة عن تدفّق الإلكترونات باتجاه متغيّر. أي أنّ التيّار المتردّد يعكس اتجاهه بشكل مستمر ويتذبذب في مكانه ذهابًا وإيابًا 50 او 60 مرة في الثانية حسب النظام الكهربائي المستخدم.
التيّار المتردّد هو الأكثر شيوعًا وهو الذي يُستخدم في الشبكات الكهربائيّة، باختصار هو التيار الذي نستخدمه في منازلنا، ويرمز له بالرمز ((AC وهو اختصار للمصطلح الإنجليزي (Alternator Current).
طرق توليد الطاقة الكهربائيّة المتحركة
توجد عدّة طرق يتمّ من خلالها توليد الطاقة الكهربائيّة، وهي الطرق التي يتمّ بها الحصول على الطاقة الكهربائيّة منها بعد أنْ يتمّ تحويل أحد المصادر الأولية للطاقة إلى شكل آخر من أشكال الطاقة من خلال استخدام تقنيّات مختلفة. التقنيّات الشائعة الاستخدام في توليد الطاقة الكهربائيّة هي: –
-
المولّد الكهربائي
-
البطارية
-
الخلايا الشمسيّة
-
خلايا وقود الهيدروجين